毕业设计--连接杠杆数控加工工艺.doc

浙江工业大学博士学位论文

毕业设计说明书

课题名称： 连接杠杆数控加工工艺

起讫时间：　2015 年　3 月　9 日～　2015 年　5 月　1 日

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摘 要
本课题设计的是钻床加工工序的夹具，就杠杆零件的工艺进行了具体分析、并制定了工艺卡片。对钻床加工工序进行了夹具的设计，制定了定位方案和定位基准，设计出了钻床加工工序的夹具体。并对重要的钻削零件进行了数控程序设计，对标准化零部件的受力分析。利用Pro/E对夹具体的结构进行了干涉分析、利用CAXA软件对部分零件进行了数控编程。
关键词：夹具；数控程序；工艺路线；定位误差；定位元件。

This topic is the design of fixture processing drilling machine, the process of the lever part is analyzed, and the development of the process card. The process of drilling fixture design,developed a positioning scheme and positioning datum, designed the specific process of drillclamp. And the important parts of the CNC drilling program design, stress analysis of standardparts. Folder on the specific structure of the interference analysis, parts of the NC programming by CAXA software using Pro/E.
Keywords: fixture; NC program; process route; positioning error; positioning element.

目 录
摘 要 I
目 录 i
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 设计意义 1
第2章 工艺设计 2
2.1 连接杠杆零件的结构特点 2
2.2材料及拟定机械加工工艺路线 2
2.3工艺规程设计说明 3
2.4选择机床设备及工艺设备 4
2.5刀具材料选择 4
2.6工序集中与工序分散 4
2.7工艺编制 5
第3章 夹具设计及分析 5
3.1夹具定位分析 5
3.2夹具夹紧分析 5
4 结束语 11
参 考 文 献 13
致 谢 14

第1章 绪论
1.1 引言
随着机械的加工夹具的设计是在完成了本学期的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。所以机械的加工工艺及夹具设计对即将进入工厂的机械类毕业生来说很有必要。在夹具设计过程中，通常是解决如下问题：表面加工方法的确定、定位基准及定位方法的选择、夹紧机构的选择、夹具各零件的布置、加工精度的保证等。一个好的夹具是将这些问题很好的协调好的一个统一整体，在此次的夹具设计也正是向着这个目标靠近的。
1.2 设计意义
这种夹具具有较高的刚度和精度，在粗加工时能承受较大的切削用量，以充分发挥数控、加工中心机床的生产能力;在精加工时能更好的保证工件定位基准和加工表面的位置精度;还能根据数控、加工中心机床的要求保证夹具应允许刀具接近尽可能更多的被加工表面甚至于全部被加工表面，可以减少机床的停机时间:在夹具上还能一次装夹多个工件同时一次加工，可以减少夹具、刀具、工件系统的调整时间；还能减少刀具的更换次数和刀具的调整时间，更好的发挥数控、加工中心机床的高效性能。夹具元件可以通过组装、使用、好的发挥数控、加工中心机床的高效性能。夹具元件可以通过组装、使用。夹具的平均设计和组装时间是专用夹具所花时间的5%-20%。

第2章 工艺设计
2.1 连接杠杆零件的结构特点
零件是杠杆零件，零件的结构比较复杂，尺寸较小，形状比较复杂。主要作用一是传递扭矩；二是起着固定的作用；三是起着连接作用。

图2-1 连接杠杆的三维造型图

2.2材料及拟定机械加工工艺路线
考虑到杠杆要受到扭矩的作用，而零件的尺寸有比较小，因此应选用材料为模锻件。因为不传递力与功率，主要起固定和定位作用，所以不需要特别的工艺处理。故可采用模锻成型。这从提高生产效率、保证加工精度上考虑也是应该的。
（1）工序顺序安排原则
（a）原则：先粗后精，先主后次，先面后孔，基面先行。
（b）机械加工工艺路线按工序的性质不同一般可分为粗加工，半精加工和精加工三个阶段。表面质量要求特别高时，还应增加光整加工阶段。
（c）零件的机械加工路线中，第一道工序往往都是加工精基准，然后使用精基准定位，进行后续加工，如轴类零件先钻中心孔，箱体类零件先加工平面、这位销孔等。
（2）工艺安排原则和方法
制定工艺规程定的原则是：在保证产品质量的前提下，最大限度的提高生产率和降低制造成本。工件是工艺系的核心。各种加方法都是根据工件的被加表面类型、材料和技术要求等确定的。夹具是一种工艺装备。它的作用一是保证工件相对于机床和刀具具有正确的位置，这一过程称为“定位”；二是要保证工件在外力的作用下仍能保持 正确位置，这一过程称为“夹紧”。要保证工艺系统各环节之间正确的几何位置，应保证工件在夹具中有正确的定位、夹具对机床具有正确的相互位置关系和夹具的正确调整。工艺路线机械加工工艺卡片是在工艺过程卡片的基础上，按每道工序所编制的工艺文件，主要内容有工序简图。该工序中每个工序的加工内容、工艺参数、操作要求以及所用的设备和工艺装备等。机械加工工艺过程卡片是以工艺为单位的，简要说明零件机械加工过程的一种工艺文件。主要用于单件小批和中批生产。制定工艺规程是一项很复杂的工作，它要求技术人员从生产实际出发,理论联系实际和工人结合起来，充分利用现有的生产条件，尽可能采用国内外先进工艺，并保证良好的劳动条件。
2.3工艺规程设计说明
（1）熟悉和分析制订工艺规程的主要依据，进行零件的结构工艺性分析，确定零件制造的关键技术问题。
（2）确定毛坯，包括选择毛坯类型及其制造方法，绘制，毛坯图。计算总余量、毛坯尺寸和材料利用率等
（3）拟订工艺路线。
（4）确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及其公差，绘制工序图。
（5）选择切削用量和计算时间的定额。
（6）确定各主要工序的技术要求及检验方法。
（7）进行技术经济分析，选择最佳方案。
（8）编制工艺文件。
加工工艺路线如下：
表2-1 连接杠杆加工工艺过程
工序号
工序内容
工艺装备
010
连接杠杆

020
清洗

030
铣Ø28H7mm孔两端面
加工中心，专用夹具，游标卡尺，铣刀
040
铣Ø10H9mm孔两端面
加工中心，专用夹具，游标卡尺，铣刀
050
钻、扩、粗镗、精镗、精铰Ø28H7mm孔
加工中心，专用夹具，游标卡尺，钻头，镗刀，铰刀
060
铣Ø11mm孔两端面
加工中心，专用夹具，游标卡尺，铣刀
070
钻Ø11mm孔
加工中心，专用夹具，游标卡尺，钻头
080
钻、扩、铰Ø10H9mm
加工中心，专用夹具，游标卡尺，钻头，铣刀，镗刀
090
涂上油后放进仓库

2.4选择机床设备及工艺设备
工艺装备：加工中心、镗床、游标卡尺 、外径千分尺 、硬质合金立铣刀、 中心钻、扩孔钻、镗刀、硬质合金麻花钻等。

2.5刀具材料选择
目前广泛用的刀具材料有高速钢和硬质合金。由于零件材料为灰铸铁，属于难加工类零件，根据刀具的选择原则，铣刀应为硬质合金刀,根据零件加工面的要求,本零件所要用到的刀具应该是这几种:立铣刀、 中心钻、麻花钻、扩孔钻、镗刀。从生产条件分析看，生产设备、生产批量等。本零件的加工工艺采用数控加工中心，批量为中批生产。数控加工与普通加工相比具有的优点是：工序高度集中，可减少很多复杂的工装夹具，可减少工件的装夹次数，提高劳动生产率，降低工件在装夹中的累积误差。

2.6工序集中与工序分散
工序集中：由于工序数目多、工艺路线较短。且员工操作人数较少，如用数控设备，应采用工序集中原则，保证效率，以最快的方式完成加工。
工序分散：要求员工人数、加工设备较多。该零件加工面并不多，且员工人数不多，应使工序尽量集中。
2.7工艺编制
我们需要对这个零件进行加工。如图2-7

图2-7 三维图

图2-7平面图
首先，我们需要对铣削直径28的上下端面进行加工。工艺要求如图：

然后，我们需要铣削直径10的上下两端面。工艺要求如图：
接着，我们需要做出直径28的圆孔。工艺要求如图：

我们还要铣直径11的孔上下两端面。工艺要求如图：

铣削完，我们需要钻直径11的圆孔。工艺要求如图：

钻直径10的圆孔，工艺要求如图：

第3章 夹具设计及分析
3.1夹具定位分析
考虑到本零件外形复杂，而且所于中批量生产，采用联动夹紧机构比较适合，它利用一个原始作用力实现多件的多点、多向同时夹紧的机构。节省了安装时间，而且减小定位误差，不但降低了 加工成本，而且提高了工作效率。
确定零件定位时，首先应该正确切合理地选择定位基准，这将直接影响到被加工零件的位置精度、各表面加工的先后顺序，在某些情况下，还会影响到所采用工艺装备的复杂程度，因此，必须重视定位基准的选择。此次设计我只设计了一道工序的夹具 。利用加工中心自动换刀，保证了各个尺寸间的相对位置。本次定位限制了工件的六个自由度，利用压块和螺钉夹紧并且固定，这样将工件完全定位。
基于运动原理，要限制工件的6个自由度，典型的方法就是在夹具设计中设置的6个支承点。图中的矩形工件每次都安放到与6个支承相接触，从而使一批工件中每个工件得到确定的位置，其中底面A放在3个支承上，限制了3个自由度(沿着z轴的移动和沿着x, y轴的转动)，侧面B限制了2个自由度(沿Y轴的移动和沿z轴的转动)，另一个侧面C限制了一个自由度(沿x轴的移动)。用分布在3个互相垂直的平面上的6个支承点来限制六个自由度，使得工件在夹具中的位置完全确定，这就是著名的3-2-1六点定位原理[6]。六点定位原理适合任何形状的工件。如图所示的轴类工件的六点定位原理示意图。其中轴的圆柱表面放在4个支承点上，消除了工件的4个自由度(沿y, z轴的移动和绕z轴的转动)，轴端部靠在一个支承点上，消除了一个自由度(沿x轴的移动)，轴上一端的槽正放在一个支承点上，消除了工件绕x轴转动的自由度(图5)所示。根据工件形状的不同，所用的定位基准也不同，定位点的分布情况也不同。运用六点定位原理可以分析和判断夹具中的定位结构是否正确，将工件的六个自由度完全约束或受限制的定位称为完全定位。但是在很多情况下，无需将工件的6个自由度完全约束，只需要限制那些对加工后位置精度有影响的自由度即可，无需限制6个自由度的定位称为不完全定位。在保证工件位置精度的前提下，不完全定位可以减少夹具元件，简化夹具结构。如果一个夹具的定位结构所限制的自由度少于位置精度必须要限制的自由度数量，就会产生定位不足，这种定位方式称为欠定位。如果一个夹具的定位结构中，不同支承点重复的约束工件上同一个自由度，就会产生定位不稳定，这种定位方式称为过定位。欠定位情况下，工件的位置精度不能保证，因此是不允许的。过定位要视具体的情况而定是否允许。如图,如果B平面的两个支承点在一条垂直线上，这样绕z轴转动的自由度就没有被限制，这种情况属于欠定位;而沿Y轴移动的自由度就被限制了两次，这种情况属于过定位。 如图下：

3.2夹具夹紧分析
夹具装置设计得合理与否，对保证工件的加工质量，缩短工件安装辅助时间，降低工人的劳动强度等都有直接的影响。因此对夹紧装置应提出如下基本要求。
1、夹紧即不应破坏工件的的定位，又要有足够的夹紧力，同时又不应产生过大的加紧变形，不允许的震动和表面损伤。2、夹紧动作迅速，操作方便安全省力。结构应尽量简单紧凑，工艺性要好。3、动手夹紧机构要有可靠的自锁性；机动夹紧装置要统筹考虑其自锁性和稳定的原动力。
表3-1夹具各个零件列表
零件名称
零件二维图
零件三维图
主体

轴

上夹具板

套筒

垫片

M14螺钉

M16螺钉

螺母

M16螺丝

组装零件：
各夹具零件设计好后，需要将其组装起来，下面就简单介绍Pro/E软件装配过程：
首先新建组件文件进入装配环境
1，打开UG程序界面后，.选择【文件】/【新建】命令。选择后弹出“新建”对话框，选择类型为“装配”。
2，输入文件名，单击“确定”按钮即可进入装配模式。
接着装配第一个元件
选择添加组件命令，然后从弹出的“添加组件”对话框中选择零件所要调入的零件,单击“打开”按钮。如图3-3所示。

图3-3 UG零件打开方框图
装配第(二)个元件
1，选择添加组件，然后从弹出的“添加组件”对话框中选择零件biyesheji4（49）.prt，
2，在放置选项里“约束”类型下拉按钮，选择“同心”选项，然后分别点取二个零件的的RIGHT平面，
3，点取之后零件组装，达到需要的效果，单击（确定）。如图3-4所示。

图3-4 UG装配界面图
依次将元件通过以上方法装配起来，心轴持板零件夹具装配图如图3-5所示:

4 结束语
通过这两个月的时间,我完成了此次毕业设计,时间虽短,但并不影响把我所学的东西应用到此次设计中，这两个月里我学到很多知识，特别是对机械产品设计UG还有办公软件知识有了更深刻的了解。这次毕业设计虽然只有短短两月时间，但却把两年的所学几乎都用到了。此次设计让我将所学到的知识用到了实际领域，让我感受到实际和理论的差别，对我将来的工作有很大的帮助。我相信通过本次设计让我更加有信心迎接任何挑战。
这次设计的课题是《箱盖零件数控加工工艺设计》齿轮箱端盖零件图看起来并不难，可是真想搞好它还真是有点难度；要加工好这个零件需要特别注意它的装夹，最难的应该是夹具的设计,也是此次设计的一重点，它最大的特点是使工件能快速定位并夹紧其核心也是定位与夹紧。夹具的设计与工艺的安排有着密切的联系，在工艺安排时就需要考虑如何定位与夹紧，夹紧机构是否对加工带来干涉，既工艺安排的好坏会直接影响夹具的难易程度。
回顾这几周，其实感慨还是有很多的。以往也进行过多次课题设计，但是都没有此次设计正式规范。由于是毕业设计，大家心里都多了几分担忧。马上就要告别大学生活了，进入完全陌生的另一个环境，还不知道以后应该以怎样的态度面对，更不知道以后的生活会发生什么变化。毕业设计任务的完成，也就变相意味着大学生活的结束。
通过这次设计，我基本掌握了一个中等复杂零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。学会查阅手册，选择使用工艺装备等。本次毕业设计的顺利完成，我的大学生涯也即将结束，在这二年里我真的学到了很多知识，除了专业知识外，最多的还是做人的道理。
参 考 文 献
[1] 楼梦麟．变参数土层的动力特性和地震反应分析[J]．同济大学学报，1997，25（2）：155-160．
[2] 李刚．船用齿轮箱结构设计方法[M]．北京：机械工业出版社，2007．

致 谢
为期两个月的毕业设计就要结束了，回首这几周的设计过程，有苦也有甜。甜的是较好的完成了设计任务，在设计过程中，通过各种途径解决了所遇到的困难。苦的是在细节问题的把握上还很欠缺，工艺过程设计人员追求的是完美，我想，我的课程设计离完美还差的很远，还有很多要学习、总结的地方。几周的时间里，查阅了基本机械加工与夹具设计方面的资料。在绘制夹具体装配图时，由于对机械图中的有关内容有些陌生，所以索性翻出机械制图书，也算吻戏了功课。最终，通过自己的努力，很好的完成了装配图的绘制，也对机械图的内容有了更深的理解。同时，也练习了电子图版软件的使用，能熟练地解决绘图过程中所遇到的问题，最重要的是绘图的速度和质量有了很大的提高。
从刚拿到题目时无从下手，到初步了解机械零件加工的工艺过程，这其中的各种体会只有自己能够理解，也使我更加坚信在做任何事时，我们都应该认真去对待，通过这次课程设计，虽然了解了机械加工工艺过程，但离实际还很远，路还很长，但庆幸的是自己对机械加工工艺过程有了初步的了解，课程设计过程中，一步一个脚印走出来了。
本次课程设计是我们在结束所有专业课程以后的一次综合性设计，它测试了我们所学的知识是否扎实。通过这次课程设计，我所学的知识得到了巩固，充分发挥了我们个人的潜力。在这次设计过程中，虽然遇到过很多的困难，但是经过我和同学的讨论以及老师的细心教导，使我一次次地突破困难，最终圆满完成了设计。
再次感谢指导老师长期以来的帮助和教导！